可编程逻辑控制器（PLC）系列：Siemens S7-1200 (煤炭工业应用)_（12）.项目案例分析：通风系统自动化.docx

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项目案例分析：通风系统自动化

1.通风系统自动化概述

在煤炭工业中，通风系统是确保矿井安全运行的关键设施之一。通风系统的主要任务是提供新鲜空气，排除有毒有害气体，控制矿井温度和湿度，防止事故发生。传统的通风系统多采用人工控制和机械控制，但随着技术的发展，自动化控制已成为提高效率和安全性的有效手段。SiemensS7-1200PLC在通风系统自动化中的应用，不仅可以实现对通风设备的精确控制，还能通过数据采集和分析，优化通风系统的运行，提高矿井的生产效率和安全性。

2.通风系统自动化需求分析

2.1安全需求

气体监测：实时监测矿井内的气体成分，特别是甲烷和二氧化碳的浓度。

温度和湿度控制：确保矿井内的温度和湿度在安全范围内。

故障报警：当通风系统出现故障时，及时报警并记录故障信息。

2.2功能需求

自动启停：根据矿井内的气体浓度、温度和湿度自动启停通风设备。

风量调节：根据矿井内的实际需求，自动调节风量。

远程监控：通过网络实现远程监控和控制。

数据记录：记录通风系统的运行数据，便于分析和管理。

2.3性能需求

高可靠性：系统必须具有高可靠性，确保在恶劣环境下稳定运行。

低延迟：数据采集和控制命令的传输必须低延迟，确保及时响应。

易于维护：系统设计应考虑易于维护和扩展。

3.系统设计与实现

3.1系统架构

通风系统自动化的核心是SiemensS7-1200PLC，其系统架构如下：

中央控制单元：SiemensS7-1200PLC作为中央控制单元，负责数据采集、逻辑处理和控制输出。

传感器：气体传感器、温度传感器、湿度传感器等，用于实时监测矿井内的环境参数。

执行器：风机、风门等，用于调节风量和风向。

通信模块：通过以太网或串行通信模块与中央控制单元进行数据交换。

上位机：用于远程监控和管理，可以是PC或移动设备。

3.2硬件选型

PLC型号：SiemensS7-1200系列，具体型号根据实际需求选择。

传感器：气体传感器（如甲烷传感器）、温度传感器、湿度传感器等。

执行器：风机、风门等。

通信模块：以太网通信模块（如CP1243-1）或串行通信模块（如RS485）。

3.3软件设计

3.3.1数据采集

使用TIAPortal软件进行编程，实现传感器数据的采集。以下是一个简单的示例，展示如何使用SiemensS7-1200PLC采集气体传感器的数据。

//梯形图代码示例：采集气体传感器数据

//输入：I1.0-气体传感器信号

//输出：Q1.0-数据有效标志

//变量：MW100-气体浓度值

//读取气体传感器信号

LDNI1.0

TONT1,1000//1秒延时

LDT1.Q

MOVWI1.0,MW100//将传感器信号存储到MW100

SETQ1.0//设置数据有效标志

3.3.2逻辑处理

根据采集到的数据，进行逻辑处理，决定是否启停风机或调节风门。以下是一个简单的逻辑处理示例，展示如何根据甲烷浓度启动风机。

//梯形图代码示例：根据甲烷浓度启动风机

//输入：MW100-甲烷浓度值

//输出：Q2.0-风机启动信号

//判断甲烷浓度是否超过阈值

LDNMW1001000//甲烷浓度超过1000ppm

SETQ2.0//启动风机

3.4通信与远程监控

使用以太网通信模块实现PLC与上位机的通信，通过PROFINET或MODBUSTCP协议传输数据。以下是一个简单的MODBUSTCP通信示例，展示如何通过TIAPortal配置MODBUSTCP通信。

配置MODBUSTCP通信

在TIAPortal中，选择“通信”选项卡，配置MODBUSTCP通信模块。

//配置MODBUSTCP通信

1.在设备视图中，添加CP1243-1以太网通信模块。

2.右键点击通信模块，选择“属性”。

3.在“通信”选项卡中，选择MODBUSTCP协议。

4.配置IP地址和端口号。

上位机编程

使用Python编写上位机程序，通过MODBUSTCP协议读取PLC中的数据。

#Python代码示例：读取PLC中的气体浓度数据

importminimalmodbus

#配置MODBUSTCP连接

instrument=minimalmodbus.Instrument(192.168.0.100,1)#IP地址和设备地址

instrument.mode=minimalmodbus.MODE_RTU#设置模式为RTU

#读取气体浓度值

defread_gas